熟悉mmdetection3d数据在模型中的处理流程-Toy模板网

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本图文数据集采取KITTI数据集

配置文件的介绍可以参考博主上一篇图文

本图文旨在利用一条数据，走完整个多模态数据处理分支，获得bbox，并可视化在图像上

1、搭建模型

本次教程选用的模型为MVXNet，是一个多模态融合的3D目标检测模型
配置文件： mmdetection3d/configs/mvxnet/dv_mvx-fpn_second_secfpn_adamw_2x8_80e_kitti-3d-3class.py
本次使用预训练模型，可以在mmdetection3d的mozel zoo中下载 MVXNet模型

from mmdet3d.apis import init_model
config_file = '/home/wistful/work/mmdetection3d/configs/mvxnet/dv_mvx-fpn_second_secfpn_adamw_2x8_80e_kitti-3d-3class.py'
checkpoint_file = '/home/wistful/ResultDir/my_pth/mxvnet/dv_mvx-fpn_second_secfpn_adamw_2x8_80e_kitti-3d-3class_20210831_060805-83442923.pth'

model = init_model(config_file, checkpoint_file, 'cuda:1')

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2、读取数据

from mmdet3d.datasets import build_dataset
from mmcv import Config

cfg = Config.fromfile(config_file)
# 读取数据集
datasets = [build_dataset(cfg.data.train)]
# 我们取其中的一条数据，作为演示用例
one_data = datasets[0][0]

根据我们的配置文件，我们得到的datasets为一个长度为7424（KITTI训练集长度）的列表，每一项包括4个字段：[‘img_metas’, ‘points’, ‘img’, ‘gt_bboxes_3d’, ‘gt_labels_3d’]
接下来所有数据均使用这一个one_data

3、运行流程

MVXNet结构图如下：

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MVXNet简化版模型结构：

model = dict(
    type='DynamicMVXFasterRCNN',
    img_backbone=dict(), # 图像骨干
    img_neck=dict(), # 图像neck
    pts_voxel_layer=dict(), # 体素层
    pts_voxel_encoder=dict(), # 体素编码层
    pts_middle_encoder=dict(), # 中间编码层
    pts_backbone=dict(), # 点云骨干
    pts_neck=dict(), # 点云neck
    pts_bbox_head=dict() # bbox head)

结合结构图，以上配置文件的最简理解是，图像经过骨干、neck得到图像特征；点云经过体素、编码得到点云特征；查看原版配置文件就可以看到，会在一个层融合图像和点云特征；随后经过head，产出bbox。接下来，我们先来获取图像特征：

3.1 图像特征获取

extract_img_feat = model.extract_img_feat
# 获取图像特征，此处获取的是图像经过骨干和neck之后的数据，为5个通道数为256的特征
img_feats = extract_img_feat((one_data.get('img').data).unsqueeze(dim=0).cuda(), [one_data.get('img_metas').data])
for i in img_feats:
    print(i.shape)
    
# extrac_img_feat代码：
def extract_img_feat(self, img, img_metas):
    """Extract features of images."""
    if self.with_img_backbone and img is not None:
        input_shape = img.shape[-2:]  # 获取图片的尺寸
        # update real input shape of each single img
        for img_meta in img_metas:
            img_meta.update(input_shape=input_shape)  # 更新一下img_metas

        if img.dim() == 5 and img.size(0) == 1:  # 维度等于5的话去除一个维度（只取一个图片）
            img.squeeze_()
        elif img.dim() == 5 and img.size(0) > 1:  # 取出批量、图片个数、通道、高、宽
            B, N, C, H, W = img.size()
            img = img.view(B * N, C, H, W)  # 重构为 [批量*数量, 通道, 高, 宽]
        img_feats = self.img_backbone(img)  # 送入骨干
    else:
        return None
    if self.with_img_neck:
        img_feats = self.img_neck(img_feats)  # 将骨干再送入neck
    return img_feats

输出如下：

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3.2 点云特征获取

extract_pts_feat = model.extract_pts_feat
# 获取点云特征，此处同上面各个字段的类型需要去代码里看定义
img_feat_list = list(img_feats)
pts_feats = extract_pts_feat([one_data.get('points').data.cuda()], img_feat_list, [one_data.get('img_metas').data])

# extract_pts_feat代码：
def extract_pts_feat(self, pts, img_feats, img_metas):
    """Extract features of points."""
    if not self.with_pts_bbox:
        return None
    voxels, num_points, coors = self.voxelize(pts)  # 体素化
    # 体素编码器
    voxel_features = self.pts_voxel_encoder(voxels, num_points, coors,
                                            img_feats, img_metas)
    batch_size = coors[-1, 0] + 1
    x = self.pts_middle_encoder(voxel_features, coors, batch_size)
    x = self.pts_backbone(x)
    if self.with_pts_neck:
        x = self.pts_neck(x)
    return x

此时，我们已经得到图像特征和点云特征了，下面将特征送入head

3.3 head

# 此处的head为Anchor3DHead，返回值有三个： cls_score, bbox_pred, dir_cls_preds
# 其中，clas_score 通道数为  num_classes * num_anchors, num_classes在配置文件中
# bbox_pred 通道数为 num_anchors * box_code_size
# dir_cls_preds 通道数为 num_anchors * 2
# 得到head的输出后，还需要运行一下解码模块，才能得到最终的bbox和分类情况
pts_bbox_head = model.pts_bbox_head
pts_out = pts_bbox_head(pts_feats)  # tuple[list[torch.Tensor]]
cls_score, bbox_pred, dir_cls_preds = pts_out
print("cls_score:", cls_score[0].shape)
print("bbox_pred:", bbox_pred[0].shape)
print("dir_cls_preds:", dir_cls_preds[0].shape)

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3.4 编码bbox

# 将head得到的输出编码为bboxer
bboxes = model.pts_bbox_head.get_bboxes(cls_score, bbox_pred, dir_cls_preds, [one_data.get('img_metas').data])
print(type(bboxes[0][0]))  # 是在LiDAR坐标系下
bboxes_data = bboxes[0][0]  # 得到了n个预测框
bboxes_data

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以上是最简版的一条数据在模型里的流动过程，还有n多实现细节，需要去深扒代码

4、可视化

这一部分，我们可视化我们在3.4中得到的bbox，程序自己看吧

import cv2
from mmdet3d.core import show_multi_modality_result

img_metas = one_data.get('img_metas').data
img_file_path = img_metas['filename'] # 获取one_data对应的图像文件名

img = cv2.imread(img_file_path) # 读取图像
front_mat = one_data.get('img_metas').data.get('lidar2img') # 获取投影矩阵

gt_boxes = one_data.get('gt_bboxes_3d').data # 从one_data中获取gt_bboxes
print(gt_boxes)
print(bboxes_data)
# gt_bboxes_cam
bboxes_data = bboxes_data.to('cpu')
# 保存可视化图像到out_dir
show_multi_modality_result(img=img,
                           box_mode='lidar',
                           gt_bboxes=gt_boxes,
                           img_metas=img_metas,
                           pred_bboxes=bboxes_data,
                           proj_mat=front_mat,
                           out_dir="/home/wistful/work/mmdetection3d/visual_img/",
                           filename="test",
                           show=False)